- структура
- полиморфизъм
- Структурни връзки
- Имоти
- номенклатура
- Систематична номенклатура
- Фондова номенклатура
- Традиционна номенклатура
- Приложения
- Наночастиците
- Пигменти
- Препратки
Един железен оксид е всяко от съединенията, образувани между желязо и кислород. Те се характеризират с това, че са йонни и кристални и лежат разпръснати от ерозията на минералите си, съставящи почвите, растителната маса и дори вътрешността на живите организми.
Тогава това е едно от семействата съединения, които преобладават в земната кора. Какви точно са те? Към днешна дата са известни шестнадесет железни оксиди, повечето от които са с естествен произход, а други са синтезирани при екстремни условия на налягане или температура.
Източник: пет седми, Flickr.
Порция прашен железен оксид е показана на изображението по-горе. Характерният му червен цвят покрива желязото на различни архитектурни елементи в това, което е известно като ръжда. По същия начин се наблюдава в склоновете, планините или почвите, смесени с много други минерали, като жълтия прах на гетит (α-FeOOH).
Най-добрите известни железни оксиди са хематит (α-Fe 2 O 3) и maghemite (Υ- Fe 2 O 3), двете полиморфни форми на железен оксид; и не на последно място, магнетит (Fe 3 О 4). Техните полиморфни структури и голямата им повърхност ги правят интересни материали като сорбенти или за синтеза на наночастици с широко приложение.
структура
Източник: Siyavula Education, Flickr.
Горното изображение представлява изображение на кристалната структура на FeO, един от железните оксиди, където желязото има валентност +2. Червените сфери съответстват на O 2- анионите, а жълтите на Fe 2+ катионите. Обърнете внимание също така, че всеки Fe 2+ е заобиколен от шест O 2-, образуващи октаедрична единица за координация.
Следователно структурата на FeO може да бъде "разградена" на единици на FeO 6, където централният атом е Fe 2+. В случая на оксихидроксиди или хидроксиди октаедричната единица е FeO 3 (OH) 3.
В някои структури вместо октаедър има тетраедрични единици, FeO 4. По тази причина структурите на железните оксиди обикновено са представени от октаедри или тетраедри с железни центрове.
Структурите на железните оксиди зависят от условията на налягане или температура, от съотношението Fe / O (тоест колко кислород има в желязото и обратно) и от валентността на желязото (+2, +3 и, много рядко в синтетични оксиди, +4).
Като цяло, обемистите O 2- аниони се редят, за да образуват листа, чиито празнини съхраняват катионите Fe 2+ или Fe 3+. По този начин има оксиди (като магнетит), които имат ютии с двете валентности.
полиморфизъм
Железните оксиди представляват полиморфизъм, тоест различни структури или кристални композиции за едно и също съединение. Железният оксид, Fe 2 O 3, има до четири възможни полиморфа. Хематит, α-Fe 2 O 3, е най-стабилната от всички; последвано от maghemite, Υ- Fe 2 O 3, и от синтетичен β- Fe 2 O 3 и ε- Fe 2 O 3.
Всички те имат свои собствени видове кристални структури и системи. Съотношението 2: 3 обаче остава постоянно, така че има три O 2- аниона за всеки два Fe 3+ катиона. Разликата се състои в това как FeO 6 октаедричните единици са разположени в пространството и как са прикрепени.
Структурни връзки
Източник: Файлове с публични домейни
Октаедричните единици FeO 6 могат да бъдат визуализирани с помощта на изображението по-горе. В ъглите на октаедъра се намират O 2-, докато в центъра му Fe 2+ или Fe 3+ (в случай на Fe 2 O 3). Начинът, по който тези октаедри са подредени в пространството, разкрива структурата на оксида.
Те обаче влияят и върху това как са свързани. Например, две октаедри могат да бъдат съединени чрез докосване на два от техните върхове, което е представено с кислороден мост: Fe-O-Fe. По подобен начин, октаедрите могат да бъдат съединени през техните краища (съседни един към друг). Тогава тя би била представена с два кислородни моста: Fe- (O) 2 -Fe.
И накрая, октаедрите могат да взаимодействат чрез лицата им. По този начин, представянето ще бъде с три кислородни моста: Fe- (O) 3 -Fe. Начинът, по който октаедрите са свързани, би променил междуядрените разстояния на Fe-Fe и следователно физичните свойства на оксида.
Имоти
Железен оксид е съединение с магнитни свойства. Те могат да бъдат анти, феро или феримагнитни и зависят от валентностите на Fe и как взаимодействат катионите в твърдото вещество.
Тъй като структурите на твърдите вещества са много разнообразни, толкова са и техните физични и химични свойства.
Например, полиморфни форми и хидрати на Fe 2 O 3 имат различни стойности на топене точки (които варират между 1200 и 1600ºC) и плътност. Въпреки това, те имат общо ниската разтворимост поради Fe 3+, една и съща молекулна маса, имат кафяв цвят и се разтварят слабо в кисели разтвори.
номенклатура
IUPAC установява три начина за назоваване на железен оксид. И трите са много полезни, въпреки че за сложните оксиди (като Fe 7 O 9) систематиката прави правила спрямо останалите поради тяхната простота.
Систематична номенклатура
Броят на кислорода и желязото се вземат предвид, именувайки ги с гръцките номерационни префикси моно-, ди-, три- и т.н. Съгласно тази номенклатура, Fe 2 O 3 се нарича: три оксид на ди желязо. А за Fe 7 O 9 името му би било: хепта-железен нонаоксид.
Фондова номенклатура
Това счита валентността на желязото. Ако е Fe 2+, той е написан железен оксид…, а валентността му с римски цифри, затворени в скоби. За Fe 2 O 3 името му е: железен оксид (III).
Обърнете внимание, че Fe 3+ може да се определи чрез алгебраични суми. Ако O 2- има два отрицателни заряда и има три от тях, те добавят до -6. За неутрализиране на това -6 е необходимо +6, но има две Fe, така че те трябва да бъдат разделени на две, + 6/2 = +3:
2X (метална валентност) + 3 (-2) = 0
Просто решавайки за X, се получава валентността на Fe в оксида. Но ако X не е цяло число (какъвто е случаят с почти всички останали оксиди), тогава има смес от Fe 2+ и Fe 3+.
Традиционна номенклатура
Наставката –ico се дава на префикса ferr- когато Fe има валентност +3, и – също, когато валентността му е 2+. Така Fe 2 O 3 се нарича: железен оксид.
Приложения
Наночастиците
Железните оксиди имат висока обща енергия на кристализация, което прави възможно създаването на много малки кристали, но с голяма площ.
Поради тази причина те представляват голям интерес в областта на нанотехнологиите, където проектират и синтезират оксидни наночастици (НП) за специфични цели:
-Като катализатори.
-Като е резервоар от лекарства или гени в тялото
-В дизайна на сензорни повърхности за различни видове биомолекули: протеини, захари, мазнини
-За съхранение на магнитни данни
Пигменти
Тъй като някои оксиди са много стабилни, те могат да бъдат използвани за боядисване на текстил или придаване на ярки цветове на повърхностите на всеки материал. От мозайките по пода; червени, жълти и оранжеви (дори зелени) бои; керамика, пластмаса, кожа и дори архитектурни произведения.
Препратки
- Попечители на колежа в Дартмут. (18 март 2004 г.). Стехиометрия на железните оксиди. Взета от: dartmouth.edu
- Ryosuke Sinmyo и др. (8 септември 2016 г.). Откриване на Fe 7 O 9: нов железен оксид със сложна моноклинична структура. Възстановено от: nature.com
- М. Корнел, U. Schwertmann. Железните оксиди: структура, свойства, реакции, поява и употреба., Wiley-VCH. Взета от: epsc511.wustl.edu
- Алиса Бу. (2018). Наночастици, характеристики и приложения на железен оксид. Взета от: sigmaaldrich.com
- Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, & Hussain, A. (2016). Синтез, характеристика, приложения и предизвикателства на наночастиците от железен оксид. Нанотехнологии, наука и приложения, 9, 49–67.
- Пигменти Golchha. (2009 г.). Железни оксиди: приложения. Взета от: golchhapigments.com
- Химически състав. (2018). Железен (II) оксид. Взета от: formulacionquimica.com
- Wikipedia. (2018). Железен (III) оксид. Взето от: